吸收与传热的类似比较

吸收与传热的类似比较摘要本文对化工单元操作中的传热和吸收作了类似比较，使学生对传热和吸收的“双膜”理论有比较深刻地认识，同时也便于记忆。关键词类似比较法，传热，滞流膜，虚拟膜，热传导，分子扩散比较是确定客观事物彼此之间差异点与共同点的思维方法。有比较才有鉴别，不经比较，就难以辨别事物的特征，难以认定事物的本质，难以弄清事物的相互关系，难以区别事物的异同之点，就难以记忆事物。黑格尔说过：“我们所要求的，是要能看出异中之同，或同中之异。”很多事物、知识在表面上极其相似，但本质上却有差异，学习时，可以找出相似的不同点予以比较。现以吸收传热为例用类似比较法加以阐述。吸收是化工单元操作中的一个传质过程，当讲到吸收机理——双膜理论时，许多学生对“当气液两相作相对运动时，在两相接触面（界面）的两侧存在着作层流流动的稳定的气膜和液膜”感到疑惑不解。为了解除学生的怀疑，使他们易于理解、记忆“双膜”理论，多年来，笔者把传热中，间壁两侧的“传热边界层”拿来与“双膜”进行类比（见表）。间壁两侧分别存在厚度为5的层b流体质点在与流动方向垂直的方向上没有位移，热量的传递只能是通过相邻流体质点间的相互碰撞即通过热传导而发生的。由于流体的导热系数比金属材料的导热系数小得多，因此，流体层流内层的热阻（）大于金属材料的热阻：由于能量守恒（在传热过程中，表现形式是热量守恒）和稳定（态）九传热，传热系统中与热流方向垂直的任意截面上某一点的温度和传热速率不随时间而变化，为一恒定的值,即定的值,即=恒量，则流体层流内层的温度降（At）也必然很大,而在层流内层以外的湍流区域，流体高度湍流，流体质点的相对移位和充分混合，即流体质点产生对流，热阻较小，温度降也小，间壁两侧的对流传热过程，实际上包括了从热（冷）流中心区到层流内层膜外缘，真正的对流传热（给热）过程和层流内层的导热过程，而导热热阻是主要的。为简化处理，把对流传热作为通过厚度为5的传热边界层的导热过程,5=5+5，5为层流内层的厚度，5是与层流内层t t b f b f外的湍流区的热阻相当的虚拟层流内层厚度。故可以将稳定（态）对流传传热方程写为：q=—A（T-t）。式中传热边界层厚度5实际上很难测知，上式无法用来进行实际计算，若令w/

J=一，可将上式筒化为q=a.A.（T-t）此式被称为对流给热方程 牛顿冷却定律。以同一个5t横截面上的位置为横坐标，以温度为纵坐标，间壁传热示意如下：管内 k管外L执八、、管1冷流'流1壁温度图1温度图1同一横截面上的位置我们就可以和“双膜”理论进行对比。“当气液两相作相对运动时，在两相接触面（界面）的两侧存在作层流流动的稳定的气膜和液膜。”这两层膜恰似传热过程中，间壁两侧的二个层流内层，“吸收质在气相主体和液相主体中的扩散是以涡流扩散的方式进行的，而在界面两侧的气膜和液膜中的扩散，则仅能以分子扩散的方式进行。因为涡流扩散的速率比分子扩散的速率大得多，所以吸收质在通过气相主体和液相主体时，阻力很小，吸收过程的阻力主要集中在界面两侧的气膜和液膜上，吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速率。”涡流扩散和分子扩散，分别和间壁传热中的对流传热及层流内层的导热相似，而涡流扩散和分子扩散，两者合称对流扩散。为了把对流扩散写成分子扩散——费克定律的形式，即把吸收质在气、液相主体的涡流扩散用分子扩散代替，人们把涡流扩散的阻力折合成一定厚度的滞流膜——虚拟膜，加到真正的气膜和液膜上形成分子扩散的气膜厚度5和液膜厚度5 。GL吸收质在液相吸收质在液相中的浓度在气相中的分压、和液相中的浓度为纵坐标，画出吸收示意图（见图2）。为了便于记忆，笔者把双膜理论概括为四句话：相际两侧有双膜，溶质分子扩散过。界面平衡膜外匀，吸收膜层阻力多图2界面扩散距离

导热速率方程1、 公式dQ导热速率方程1、 公式dQ=-九dS—~dn前提：稳定传热3、基本方程Q=KSAtm传热基本方程扩散速率方程1、 公式N=-DA■dC虫dz2、 前提：稳定扩散3、基本方程N=KAA吸收速率方程N=KA(p-p*)=KA(Y—Y*)GY=KYAAYmN=KA(C*-C)=KA(X*-X)LX=KXAAXmAt 推动力Q=m=1At 推动力Q=m=1阻力KS总热阻=各分热阻之和：传热阻力主要集中在二个层流内层上Q=Q=Q=Q=Q+Q传导给热冷损间壁传热的模型强化传热的途径之一是减薄两个层流内层的厚度。传热目的之一是求传热面积A。二、相异1、间壁传热，间壁本身是传热导，热阻较小。2、传热推动力只有一个温差，所以传热速率方程只有一个。4、N=A=推动力1一阻力AK5、吸收总阻力=各分阻力之和吸收阻力主要集中在二层膜上。N=N=N 即传气失液得KyAAY=V(Y—Y)=L(X’-X2)Y m 1 2 1 27.吸收“双膜”的模型，这两个模型相似。8.强化吸收的途径之一是减薄气膜和液膜的厚度3、传热理论比较成熟9.传质目的之一是求传质面积A。二、相异1、吸收双膜当中的界面上，气液两相总是处于平衡状态，界面上没有阻力。2、吸收推动力有四种：分压差；浓度差；摩尔分2率、比摩尔分率差，所以有多个吸收速率方程。3传质机理目前研究的不够充分，所以在“双膜”理论的基础上，又出现了一些新的理论。SimilarityC